深井中厚煤層沿空掘巷錨索網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)

文/吳良勝,淮南礦業(yè)集團丁集煤礦

深井中厚煤層沿空掘巷錨索網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)

文/吳良勝,淮南礦業(yè)集團丁集煤礦

介紹了錨索（粱）、桁架錨索（粱）、注漿錨索、M鋼帶、錨桿和金屬網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)在深井中厚煤層沿空掘巷掘進工作面的成功支護經(jīng)驗，從施工設(shè)備及工藝、技術(shù)經(jīng)濟、效果驗證方面進行了分析和對比，并對丁集煤礦1242（1）運順在掘進期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及回采時頂板下沉、煤幫位移及工作面超前壓力的顯現(xiàn)進行了總結(jié)，整體頂、幫支護達到預(yù)期效果。

深井；中厚煤層；聯(lián)合支護；最大化；注漿錨索

1 概述

11－2號煤層是淮南礦區(qū)丁集煤礦主采煤層，由于埋深大，92 0m，垂直應(yīng)力大[1]，側(cè)壓系數(shù)約1.3（西翼－910m地應(yīng)力測試結(jié)論），沿空掘進巷道頂板及煤柱側(cè)幫支護困難；另外采場的連續(xù)開采，采空區(qū)側(cè)未穩(wěn)定1～2年[2]就需沿空掘進，直接影響安全生產(chǎn)。2013年在11－2號煤層1242（1）工作面運輸順槽采取的錨索網(wǎng)聯(lián)合支護，技術(shù)經(jīng)濟效益顯著。該巷道經(jīng)受住回采動壓的考驗，成功回采，各方面技術(shù)指標(biāo)均滿足高產(chǎn)高效需要。

2 沿空掘巷巷道支護的技術(shù)分析及對策

2.1 巷道支護技術(shù)分析

2.1.1 巷道埋藏深、地壓大。巷道地層壓力的增大，將不僅導(dǎo)致巷道圍巖變形范圍和變形程度增大，而且巷道圍巖變形具有明顯的時間效應(yīng)、空間效應(yīng)、易受擾動、易受沖擊等深井礦壓顯現(xiàn)特點。

2.1.2 局部11-2煤層與11-3煤層間距大。由1242（1）綜采面運輸順槽區(qū)域內(nèi)鉆孔資料分析可知，巷道直接頂由砂質(zhì)泥巖或泥巖及11-3煤層組成，直接頂泥巖不僅裂隙及滑面發(fā)育，較破碎，而且11-2煤頂板普遍發(fā)育11-3煤，局部區(qū)段11-2煤與11-3煤層間距為3.6～4.6m，11-2煤層頂板煤線的存在不僅導(dǎo)致錨桿難以生根到穩(wěn)定巖層內(nèi)，而且還易引起頂板離層跨落。

2.1.3 上區(qū)段工作面收作時間短，其上覆巖層還未處于穩(wěn)定。巷道南側(cè)的1252(1)工作面于2012年10月收作，收作時間不到3個月，因此其上覆巖層還未趨于穩(wěn)定狀態(tài)。在上覆巖層不穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣掘進巷道，由于圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，不僅巷道圍巖整體穩(wěn)定性急劇變差，而且巷道圍巖與支護體共同承載作用降低，巷道圍巖塑性區(qū)及破壞范圍也顯著增加，巷道變形、片幫嚴(yán)重，支護難度加大。

2.1.4 巷道掘進距離長、斷面大。運輸順槽掘進長度1884m、凈斷面5.8×3.4＝19.72 m2（預(yù)留了變形量），因此對巷道的支護強度及對巷道圍巖的長期穩(wěn)定性要求較高。

2.2 巷道支護對策

2.2.1 優(yōu)化圍巖結(jié)構(gòu)

由于1242（1）運順11-2煤層頂板普遍發(fā)育11-3煤，而11-3煤線厚0.3～1.0m，平均0.5m，與11-2煤間距為0.6～5.1m。巷道頂板上方煤線的存在不僅易引起頂板破碎，而且還可能導(dǎo)致頂板離層冒落，為了避免在巷道支護過程中因頂板破碎而出現(xiàn)網(wǎng)兜及離層現(xiàn)象，必須要優(yōu)化頂板圍巖結(jié)構(gòu)：當(dāng)11-2煤層與11-3煤層間距大于1m要求巷道跟11-2煤層頂板掘進；當(dāng)11-2煤層與11-3煤層間距小于1m則要求巷道跟11-3煤層頂板掘進。

2.2.2 錨桿與錨索均采用組合支護

其目的，一是為了增大錨桿和錨索的護表面積，減輕單體錨桿和錨索因與圍巖局部接觸產(chǎn)生的點載荷作用而造成圍巖擠壓破壞；二是為了提高頂板支護的整體性，從而有利于維護頂板的完整。

2.2.3 一次支護最大化

預(yù)應(yīng)力支護的大小對頂板穩(wěn)定性具有決定性的作用，當(dāng)預(yù)拉力達到一定程度時，可以使頂板巖層處于橫向狀態(tài)，形成預(yù)應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)；通過錨桿、錨索參數(shù)和預(yù)拉力的合理配置可以使錨桿、錨索長度之內(nèi)和之外的上覆頂板巖層離層控制在安全范圍；通過錨桿、錨索的高預(yù)拉力，使垂直壓力均化到巷道兩側(cè)縱深范圍，巷道兩側(cè)的壓力集中現(xiàn)象減小，片幫的現(xiàn)象緩和，便于幫部維護[3]。

通過對圍巖提供大的約束力，從而可有效地控制巷道圍巖的變形和破壞，實現(xiàn)支護有效化。

2.2.4 兩側(cè)幫注漿、桁架錨索支護

通過注漿錨索的錨注作用可以提高巖體的黏結(jié)力和內(nèi)摩擦角，為錨索提供可靠的著力基礎(chǔ)，增強煤體的內(nèi)部約束力（化學(xué)鍵力、分子間作用力、界面靜電引力、機械作用力[4]），從而顯著地提高小煤柱的殘余強度。采用注漿錨索實現(xiàn)全長錨固與端部錨固錨索突出的優(yōu)點在于它的錨固強度高，不至于由于端部巖體破壞而失效，最大限度地提高煤體的整體性和支護的及時性。

2.2.5 增加巷道斷面預(yù)留量

在上覆巖層不穩(wěn)定的采空區(qū)邊緣掘進巷道，由于圍巖應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，巷道掘進初期圍巖變形十分劇烈，為了保證巷道斷面在經(jīng)過強烈動壓影響后仍能滿足生產(chǎn)要求，為此不僅需要增加巷道的支護強度，而且還需要增加巷道斷面預(yù)留量。

2.3 沿空掘巷錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案

1242（1）運順巷道選擇為矩行斷面，凈寬5.8m，凈高3.4m，凈斷面積19.72m2。

3 施工設(shè)備及工藝

巷道掘進所采用的設(shè)備有EBZ160型綜掘機、DSJ-800型底運式運輸機；SQ-90無極繩絞車；施工錨桿、錨索的MQT-130型錨桿鉆機，施工幫錨桿、錨索的ZM-60型風(fēng)煤鉆；ZLJ-2.5型綜掘機機載臨時支護，礦自研制的綜掘機拖纜裝置；頂板錨索漲拉選用綜掘機機載ZY550錨索漲拉增壓裝置（最大壓力 50MPa），幫錨索漲拉選用MQ22-300/60風(fēng)動錨索張拉機具。注漿選用液壓注漿泵，最大注漿壓力：16 MPa。

1242（1）運順采用綜掘機掘進、帶式輸送機運煤、機載臨時支護護頂、單體錨桿鉆機進行錨桿錨索施工、機載錨索漲拉裝置漲拉錨索的機械化一次成巷施工工藝，多工序平行作業(yè)。

4 掘進期間安全保障措施、礦壓觀測、支護效果及技術(shù)經(jīng)濟分析

巷道掘進期間，每50m安設(shè)一個礦壓觀測站，對錨桿、錨索的受力、頂板離層（淺部、深部）、頂?shù)装寮皟蓭鸵平窟M行觀測，且每50m進行一次頂板巖性探測，探測深度不小于10m。觀測頻數(shù)嚴(yán)格按設(shè)計的要求進行。根據(jù)施工錨索及探測的頂板巖性情況，對于巖石相變區(qū)域，及時調(diào)整錨索長度，確保錨索生根在承載層中。預(yù)警：根據(jù)丁集礦的深部礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及施工經(jīng)驗，頂板離層值設(shè)置為80mm。觀測資料表明，頂板錨索最大受力為260KN，頂錨桿最大受力為110KN，幫錨桿最大受力80KN，約占測站數(shù)的3%；斷錨的錨桿、錨索在巷道掘進期間出現(xiàn)，極少，屬剪切斷裂（錨桿主要發(fā)生在幫部肩窩處，錨索發(fā)生在頂板不平整處，被鋼帶和錨索粱直接剪斷）；，深部離層量最大75mm，發(fā)生在泥巖頂板較厚段；煤柱側(cè)幫最大移近量400mm,工作面?zhèn)葞妥畲笠平?50mm，整體煤柱側(cè)幫位移較工作面?zhèn)葞臀灰拼?00mm，但在向斜和小構(gòu)造區(qū)域，煤柱側(cè)幫最大移近量達700mm，工作面?zhèn)葞妥畲笠平窟_550mm；頂、底板移近量最大800mm。巷道施工結(jié)束后，整體效果看，滿足采煤工作面安裝、回采需要。煤柱經(jīng)過注漿錨索注漿后，沒有出現(xiàn)采空區(qū)防火問題。

5 結(jié)語

5.1 頂板錨索的破壞是由于剪切破壞，沒有發(fā)現(xiàn)被拉斷的現(xiàn)象，說明錨索的鋼材的延伸率需要提高，需要提高鋼絞線的韌性，或者研究使用球型錨具和配套托盤，使現(xiàn)場施工的錨索始終做到錨具和鋼絞線的軸心相同而減少錨索受剪切發(fā)生的破斷。

5.2 錨網(wǎng)支護的材料全是金屬材料，由于井下的濕度大，銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，材料（經(jīng)濟適用型）的抗腐蝕性能需要提高，為煤巷全錨網(wǎng)支護巷道長時間服務(wù)提供安全保障。

5.3 深井的地壓和淺部的地壓顯現(xiàn)差異大，通過錨索粱的運用，形成組合粱，為巷道支護提供整體支護剛度，對防止深井動壓、沖擊礦壓事故，提供安全保障。

5.4 注漿錨索加固支護技術(shù)，經(jīng)濟、技術(shù)上可行，安全上可靠，為深井巷道煤柱的支護及防火、瓦斯，提供了行之有效，多快好省的技術(shù)途徑。

[1]蔡美峰.巖石力學(xué)與工程[M].北京：科學(xué)出版社，2002（133）.

[2]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1984（166）.

吳良勝（1980—），男，安徽樅陽人。工程師，2005年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，一直從事采掘生產(chǎn)安全管理工作。